唐玄宗于同年十一月十四日得知了安祿山反叛的消息，相當震怒。他立即任命安西節度使封常清兼任范陽、平盧節度使，防守洛陽，接著任命他的第六子榮王李琬為元帥、右金吾大將軍高仙芝為副元帥東征。

唐玄宗于十一月十五日派使畢思琛往東都洛陽募兵防守。安祿山的大軍雖然遇上阻礙，但由于楊國忠的無能，使安祿山于同年十二月十二日就攻入洛陽。東京留守李憕和御史中丞盧奕不肯投降，被俘后為安祿山所殺，河南尹達奚珣投降安祿山。退守潼關的安西節度使封常清、高仙芝采以守勢，堅守潼關不出。可是因為唐玄宗聽了監軍宦官的誣告，以“失律喪師”之罪處斬封常清、高仙芝。天寶十五年正月初一，安祿山在洛陽稱大燕皇帝，改元圣武。

755年(天寶十四年)十二月，唐玄宗在洛陽失守之后，聽信宦官監軍邊令誠的讒言，殺大將封常清、高仙芝，起用病廢在家的隴右節度使哥舒翰為兵馬副元帥，令其率軍20萬，鎮守潼關。潼關地形險要，易守難攻。哥舒翰進駐潼關后，立即加固城防，深溝高壘，閉關固守。天寶十五載正月，安祿山命其子安慶緒率兵攻潼關，被哥舒翰擊退。

安軍主力被阻于潼關數月，不能西進。安祿山見強攻不行，便命崔乾佑將老弱病殘的士卒屯于陜郡(治今河南三門峽市西)，而將精銳部隊隱蔽起來，想誘使哥舒翰棄險出戰。

五月，唐玄宗接到叛將崔乾佑在陜郡“兵不滿四千，皆贏弱無備“的情報，就遣使令哥舒翰出兵收復陜洛。哥舒翰立即上書玄宗，認為：安祿山久習用兵，今起兵叛亂，不會不作準備，一定是用羸師弱卒來引誘我們，如若進兵，正好中計。況且叛軍勞師遠征，利在速。;官軍憑借潼關天險抵擋他們，利在堅守。且叛軍暴虐無道，失去民心，日漸衰頹，很快就要發生內亂，(那時)再攻打他便可不戰而擒。

郭子儀、李光弼也認為潼關只宜堅守，不可輕出。主張引朔方軍北取范陽，覆叛軍巢穴，促使叛軍內部潰散。但是，宰相楊國忠卻懷疑哥舒翰意在謀己，便對唐玄宗說，哥舒翰按兵不動，會坐失良機。玄宗輕信讒言，便連續派遣中使催哥舒翰出戰。哥舒翰被逼無奈，撫膺慟哭。

哥舒翰被迫于六月初四領兵出關，初七，在靈寶西原與崔乾佑部相遇。靈寶南面靠山，北臨黃河，中間是一條70里長的狹窄山道。崔乾佑預先把精兵埋伏在南面山上，于初八領兵與唐軍決戰。唐軍以王思禮等率精兵5萬在前，龐忠等率10萬大軍繼后，另派3萬人在黃河北岸高處擊鼓助攻。兩軍相交，唐軍見叛軍陣勢不整，偃旗欲逃，便長驅直進，結果被誘進隘路。叛軍伏兵突起，從山上投下滾木檑石，唐軍士卒擁擠于隘道，難以展開，死傷甚眾。

哥舒翰急令氈車在前面沖擊，企圖打開了一條進路，但被叛軍用縱火焚燒的草車堵塞不得前進。唐軍被煙焰迷目，看不清目標，以為叛軍在濃煙中，便亂發弩箭，直到日落矢盡，才知中計。這時，崔乾佑命同羅精騎從南面山谷迂回到官軍背后殺出，唐軍前后受擊，亂作一團，有的棄甲逃入山谷，有的被擠入黃河淹死，絕望的號叫聲驚天駭地，一片慘狀。唐后軍見前軍大敗，不戰自潰。黃河北岸的唐軍見勢不利，也紛紛潰散。哥舒翰只帶數百騎狼狽竄逃，從黃河西渡進入潼關，潼關外挖了三條戰壕，都是二丈寬一丈深，人和馬掉進溝里，一會就填滿了，后面的人就踩著尸體過去。

唐軍將近20萬軍隊，逃回潼關的只有8000余人。初九，崔乾佑攻占潼關。哥舒翰撤到關西驛，張貼榜文招攬失散的兵卒，想要繼續把守潼關。吐蕃將領火拔歸仁帶著一百余騎兵包圍驛站，進去對哥舒翰說：“賊兵來了，請元帥上馬。”哥舒翰走出驛站上馬，火拔歸仁及眾將扣頭說：“元帥擁有20萬兵馬，一場戰斗就把他們都拋棄了，有何臉面再見天子？且元帥沒有見到高仙芝和封常清的遭遇嗎？請元帥投降安祿山！”哥舒翰不從，火拔歸仁就把他的腿綁到馬肚子上，連同其他不順從的將領一起投降安祿山。

此戰，是中國戰爭史上伏擊戰的典型戰例，唐玄宗錯誤估計形勢，拒絕采取據守險要、持久疲敵、伺機出擊的方針，過早地出關反攻，結果造成人地兩失，使平叛戰爭急轉直下。崔乾佑潛鋒蓄銳，誘唐軍棄險出戰;會戰時，又偃旗欲遁，誘唐軍進入伏擊區，因而取得大勝。